基于激光炸点指示的低速动态启动特性测试方法

黄 勇，王 刚，汤 彬，张喜文，霍丽鹏

（西安机电信息技术研究所，陕西 西安710065）

0 引言

脉冲激光探测体制是目前空空导弹、防空导弹引信中普遍采用的近炸探测体制之一。激光近炸引信的启动特性是引信的关键特性，它综合反映了弹目交会过程中引信对目标作用的效能，是主要战术技术指标。因此在近炸引信的科研和生产过程中，引信的启动特性是重要的考核参数之一［1］。

启动特性通常可借助于引信启动区及其启动概率来描述［2］。引信启动区是指导弹在遭遇段引信接收到目标信号后引爆战斗部时，目标中心所在点相对于战斗部中心的所有可能位置的分布区域［3］，该区域相对于目标的距离和方位直接关系到战斗部对目标的杀伤概率。因此，对引信启动特性的评估方法成为各引信研制单位必须研究的内容。

目前对近炸引信启动区的考核主要是通过炮射反弹道、火箭橇和遥测弹飞行实现弹目的高速交会，并通过指示药、闪光灯等进行炸点指示以获取引信对目标的启动点的散布。随着战斗部杀伤半径的提升，对近炸引信作用距离的要求也随之大幅提高，炮射反弹道试验必须进行距离缩比，对测试结果的有效性存在一定的影响。而其他高速弹目交会试验，特别是交会速度达到1 000m／s以上时的试验成本昂贵，引信在研制初期能够搭载导弹或火箭弹进行飞行试验的数量相当有限，难以满足验证要求。针对目前脉冲激光近炸引信启动特性考核方法成本较高，试验数量少，难以满足引战配合设计需要的现状，提出了基于激光炸点指示的低速动态启动特性测试方法。

1 启动特性测试方法

实靶射击检验引战配合效果是一种直观和最真实的方法［3］。一般情况下，目标可能是静止悬吊或靶机绕飞。由于是外场试验，环境气候的不可控因素较多，交会高度较高时也给弹目相对位置、距离的测量带来诸多不便，加之试验成本过高，因此一般不单独作为启动特性的考核方法。

炮射反弹道方法是利用炮弹弹丸代替飞行目标，探测装置按一定脱靶量静置于弹道一侧。弹丸飞掠探测装置时，探测装置输出作用信号点亮指示装置。高速摄像设备记录整个弹目交会过程，以判断交会时探测装置是否正常工作。但作为目标的炮弹弹丸相对于直升机、固定翼飞机等大型目标来说，其有效散射面积过小，需要根据弹丸的有效散射面积进行探测距离的缩比计算，因此对作用距离极限条件下启动特性考核的有效性有一定的影响。

火箭橇方法是利用火箭推动载有探测装置的橇体在轨道上滑行，目标置于轨道上方或一侧。探测装置掠过目标时输出作用信号点亮指示装置，由高速摄像设备记录整个弹目交会过程。该方法实现了探测装置在运动中的启动特性测试，但由于存在火工品，摄像机位的布置一般较远，最终仅获得探测装置是否启动，而难以获得精确的启动区域和时机。另外，火箭橇设备投资和试验消耗较大，因此试验量不会很多［3］。

2 基于激光炸点指示的低速动态启动特性测试方法

即使采用火箭橇方法，高速弹目交会，特别是交会速度达到1 000m／s以上时，在地面试验环境中也难以实现。故按照速度／频率缩比的模拟试验原则设计出一种脉冲激光近炸引信专用的低速动态启动特性测试方法。

交会速度降为实际速度的1／N，同时激光引信的发射重复频率也降为正常工作频率的1／N，在目标外形尺寸、可靠作用距离不变的条件下，发射脉冲间隔时间内引信的空间渡越距离不变。因此脉冲激光引信降低发射重复频率，即可在低速下模拟高速弹目交会，获得启动区、目标识别时间等数据。

试验载体为气动滑橇，引信、炸点指示装置和试验电源通过试验卡具固定在橇体上。滑橇在气压弹射装置作用下按规定速度沿轨道滑行。目标悬挂于轨道侧上方，引信探测装置仅开启一组收发单元，主光轴指向目标，交会位置的弹目实际距离为战技指标要求的可靠作用距离。探测装置发射光斑弧矢面方向平行于目标竖直边沿，该边沿即为探测起点。炸点指示装置与探测装置发射单元的光轴平行，引信决策输出时炸点指示装置在目标上打出高亮激光点，通过指示光点与目标边沿以及探测装置发射光轴的相对距离差，可精确获取引信作用点的位置，从而获得引信启动区的散布，以及引信固有识别时间等启动特性数据。

炸点指示装置采用高亮度绿激光指示器作为发光器件，利用高速MOSFET驱动、MOSFET开关等高速器件形成高速、大电流脉冲驱动激光指示器输出高亮度激光脉冲，在目标上形成可视的点状光斑。

由于高速摄像机的摄录速度高，曝光时间短，试验场地照明光线较暗时，难以满足获取模拟目标边际图像的亮度要求，故在目标的边角处安装了边际指示装置。

试验系统，如图1所示。

试验前，根据实际速度计算引信探测装置试验中需要的实际工作频率f，并对产品进行参数装定。f的计算方法如下：

运用的教学方法主要包括：案例教学、演示教学、多媒体教学、讲练结合等。在课程的不同阶段，根据授课对象特点及课程内容灵活选择不同的教学方法。

其中：V0为实际的弹目交会速度，f0为激光引信的正常工作频率，V为试验中试验载体的实际滑行速度。

炸点指示装置与探测装置发射单元的光轴在弹体同一母线方向上，且严格平行，以保证探测装置正常作用，高速摄像机即可在模拟目标上捕获指示光点。通过高速摄像采集到的帧图片计算第一个指示光点，即Ti＝1（i＝1）时光点位置距探测起点距离S：

其中：L为模拟目标的边长；L0为高速摄像采集的帧图片中模拟目标图像的边长；S0为帧图片中指示光点位置距探测起点的距离。

图1 试验系统示意图Fig.1 Diagram of system

引信决策点距探测起点的距离R：

其中：S为指示光点位置距探测起点的距离；A为炸点指示装置与探测装置发射单元的安装基线距离。

由于炸点指示装置与探测装置发射单元的光轴平行，因此R即为引信决策所需的固有卷入深度，可以代表不叠加战斗部因素的引信启动点，若进行多次重复测试则每次启动点的散布即为引信启动区。

3 试验验证

3.1 响应速度测试

炸点指示装置的响应时间直接影响固有卷入深度的测量和计算，因此需要进行从控制信号输出到指示激光输出的响应时间测量。由于小灵敏面PIN光电二极管的响应时间一般都在10纳秒量级，因此采用PIN光电二极管接收炸点指示装置输出的激光脉冲来测试其响应速度。炸点指示装置的响应时间测试波形，如图2所示。

图2中通道2为控制信号，通道1为光电二极管接收的炸点指示信号。两通道延迟时间约为360ns，说明炸点指示装置的响应时间短，能准确指示的炸点位置。

3.2 低速动态交会试验

滑橇的安全试验速度不超过60m／s。若实际弹目交会速度为1 500m／s，则根据本试验方法，探测装置发射重复频率降为正常工作频率的1／32时，弹目交会速度降至46.875m／s，可满足滑橇安全试验速度要求。

静态条件下模拟目标上炸点指示情况如图3所示。动态条件下高速摄像采集的模拟目标和炸点指示情况如图4所示。

3.3 启动区的测量与统计

根据公式（2），经图上测量以及目标比例计算得到，指示光点到探测起点的距离为S。炸点指示装置与探测装置发射单元中心距A为21.51cm，根据公式（3），可以得出固有卷入深度R。

根据设计，弹目交会速度1 500m／s，且探测装置发射频率为20kHz时，在确认时间内理论固有卷入深度R′为52.5cm，实际卷入深度与理论卷入深度的距离差ΔR见表1。

表1 数据分析Tab.1 Data analysis

弹目交会时首个激光脉冲与目标边缘的固有散布为一个发射周期，即50μs，其相应渡越距离为7.5cm。高速摄像图像采集速度2000F／s，以滑橇速度（47±3）m／s计算，每两帧间隔距离为2.2～2.5cm。因此，综合误差范围最小为±4.85cm。5次测量结果均在综合误差范围内。

4 结论

本文提出了基于激光炸点指示的低速动态启动特性测试方法。该方法按照速度／频率缩比的模拟试验原则，实现引信启动特性的测试，并利用高亮度激光指示器进行启动点的炸点指示，实现引信启动区的精确定量描述。试验验证表明该方法试验结果显示直观，数据测量准确，计算简单，对试验载体要求较低，节约成本，适宜反复试验，便于进行数据统计。

［1］郑志伟.空空导弹系统概论［M］.北京：兵器工业出版社，1997.

［2］沈珠兰.电容近炸引信启动特性研究［J］.上海航天，2002（6）：33－35.

［3］张志鸿.防空导弹与战斗部配合效率和战斗部设计［M］.北京：宇航出版社，1994.

［4］张龙山.引信技术概论［Z］.西安：西安机电信息技术研究所，2005.